目前，对碳酸钙研究的关键问题是如何生产分散性高、形貌均一且粒度较小的轻质碳酸钙。轻质碳酸钙是20 世纪80 年代起开始大量研制的一种新型材料，由于轻质碳酸钙粒子的粒径较小，使其表面电子结构和晶体结构发生变化从而产生了大颗粒碳酸钙所不具备的一些特殊性能。例如，能够提高橡胶等产品的韧性和拉伸强度、与树脂的相容性好等等。但小颗粒的碳酸钙在生产过程中容易产生团聚现象，碳酸钙粒子的团聚使其性能受到影响。
碳酸钙制备过程受温度、酸度以及所选用表面改性剂等诸多因素的影响，使得制备出的轻质碳酸钙具有不同的形貌，常见的有立方状、球形、针状、链状、纺锤状等。不同形态的轻质碳酸钙具有不同的特性，应用的领域也各不相同。例如，在合成橡胶中一般使用的是针状碳酸钙，针状碳酸钙的延伸性，抗张强度、补强性等比普通碳酸钙有很大提高。在塑料型材中加入立方形的轻质碳酸钙可以提高产品尺寸稳定性和刚度，降低成本。造纸行业中使用的是纺锤形轻质碳酸钙，它能显著改善纸张质量，且对纸张有较好的补强作用，同时还增加了纸张的抗磨性能。
目前生产和科学研究中生产碳酸钙的方法较多，有碳化法、复分解法、微乳法等等。本实验应用复分解法选用氯化钙和碳酸铵制备轻质碳酸钙，实验过程中分别选用了阴离子、阳离子、非离子表面活性剂中的四种试剂，探究了不同表面活性剂、不同温度等条件对碳酸钙的分散性及形貌的影响。将制备出的碳酸钙进行扫描电镜、XRD、红外光谱测定。
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
氯化钙；碳酸铵；盐酸；十六烷基三甲基溴化铵；四丁基溴化铵；聚乙二醇600；十二烷基磺酸钠。所有试剂均为分析纯。
恒温磁力搅拌器；酸度计；pH 电极；JMS－6360LV 型扫描电子显微镜(SEM) 。
1.2 实验步骤
实验过程中选用0.4 mol·L-1氯化钙溶液作为反应液，根据所称取质量的氯化钙计算实际配制溶 液浓度。室温下，分别按不同的摩尔比( 表面活性剂与氯化钙的摩尔比分别为0.1∶1、0.01∶1 和
0. 001∶1)将表面活性剂与200 mL 氯化钙混合搅拌，控制不同的搅拌时间及不同温度条件，再加入相应浓度计算量( 按反应方程式计算)的碳酸铵溶液充分进行搅拌使其与氯化钙进行反应。对制备出的产品进行减压抽滤，于105℃烘干3h。
2 实验结果与讨论
2.1 不同表面活性剂对碳酸钙形貌及防团聚作用的分析
在温度为20℃，氯化钙浓度为0.4 mol·L-1 ，碳酸铵溶液滴加速度为20 mL·min-1 ，搅拌速度为高速的条件下考察了不同表面活性剂及其不同加入比例( 表面活性剂与氯化钙的摩尔比分别为0.1∶1，0.01∶1 和0.001∶1) 情况下对碳酸钙分散性及形貌的影响。
取适量制备出的碳酸钙粉末进行透射电镜分析，筛选出四种分散剂中分散性最好的SEM照片，结果见图1。由图1可见，以聚乙二醇600 为表面活性剂制得的为球形碳酸钙产品，并且分散效果最好，颗粒分布均匀。这是因为聚乙二醇是一种极性低聚物，它能够定向吸附于碳酸钙颗粒的表面，使碳酸钙表面具有电荷特性并形成吸附层，从而提高碳酸钙的分散性。以十二烷基苯磺酸钠制得的产品为球形，但粒子表面不光滑，每个球状碳酸钙粒子表面均由无数立方体堆砌而成，分散较均匀。阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵和四丁基溴化铵制得的产品分散性较差存在不同程度的团聚，制得的产品形貌不规则。
分散效果较好的聚乙二醇600，在加入不同比例的情况下所制得的产品电镜扫描结果如图2 所示，由图2可知，当聚乙二醇与氯化钙摩尔比为0. 01∶1 时制得的碳酸钙产品分散相好且形貌均一。摩尔比为0. 001∶1 和0.1∶1 制得的产品为球形碳酸钙和方解石型碳酸钙混合体。这是因为当聚乙二醇600 添加量较小时，在反应初期不能很好的吸附在碳酸钙的表面，因此部分颗粒会长大并形成不规则的形状。随着添加量增加聚乙二醇对碳酸钙的分散作用增强，但是晶型控制剂的量存在一个极限值，如果添加量过大，溶液浓度过高晶体的形貌就会变得趋于不规则。
2.2 Ca2+浓度对碳酸钙分散性及形貌的影响
当温度为20 ℃，氯化钙浓度为0.4 mol·L-1 ，碳酸铵溶液滴加速度为20 mL·min-1 ，搅拌速度为高速的条件，聚乙二醇与氯化钙摩尔比为0. 01∶1 的情况下，考察了Ca2+ 浓度对碳酸钙分散性及形貌的影响。当钙离子浓度由0.1 mol·L-1 增加至0.4 mol·L-1 ，碳酸钙晶体分散性逐渐增强，形貌趋于规则。
而氯化钙浓度过高时碳酸钙团聚明显。因此本试验确定氯化钙浓度为0.4 mol·L-1。
2.3 不同反应温度对碳酸钙分散性及形貌的影响
当氯化钙浓度为0.4 mol·L-1，碳酸铵溶液滴加速度为20 mL·min-1，搅拌速度为高速，聚乙二醇与氯化钙摩尔比为0.01∶1 的条件下，考察了反应温度分别为10 ℃，20 ℃，50 ℃ 条件下对碳酸钙分散性及形貌的影响。电镜扫描结果见图3。实验结果表明20 ℃条件下制得的碳酸钙分散效果最理想。这是因为反应温度升高使得碳酸钙晶体的成核速率加快，晶体快速生长，极易聚集形成大颗粒晶体。温度过低不利于形成形貌均一的碳酸钙产品。因此，本实验确定最佳反应温度为20 ℃。
当温度为20 ℃，氯化钙浓度为0.4 mol·L-1 ，碳酸铵溶液滴加速度为20 mL·min-1 ，搅拌速度为高速的条件，聚乙二醇与氯化钙摩尔比为0. 01∶1 的情况下，考察了Ca2+ 浓度对碳酸钙分散性及形貌的影响。当钙离子浓度由0.1 mol·L-1 增加至0.4 mol·L-1 ，碳酸钙晶体分散性逐渐增强，形貌趋于规则。
而氯化钙浓度过高时碳酸钙团聚明显。因此本试验确定氯化钙浓度为0.4 mol·L-1。
2.3 不同反应温度对碳酸钙分散性及形貌的影响
当氯化钙浓度为0.4 mol·L-1，碳酸铵溶液滴加速度为20 mL·min-1，搅拌速度为高速，聚乙二醇与氯化钙摩尔比为0.01∶1 的条件下，考察了反应温度分别为10 ℃，20 ℃，50 ℃ 条件下对碳酸钙分散性及形貌的影响。电镜扫描结果见图3。实验结果表明20 ℃条件下制得的碳酸钙分散效果最理想。这是因为反应温度升高使得碳酸钙晶体的成核速率加快，晶体快速生长，极易聚集形成大颗粒晶体。温度过低不利于形成形貌均一的碳酸钙产品。因此，本实验确定最佳反应温度为20 ℃。
3 结论
(1) 聚乙二醇600 对碳酸钙有很好的防团聚作用，制得的产品为形貌均一的球形碳酸钙。
(2) 以聚乙二醇600 为表面活性剂的最佳反应温度为20℃，氯化钙的最佳浓度为0.4 mol·L-1。
(3) 通过正交试验选出以聚乙二醇600 为表面活性剂且聚乙二醇600 与氯化钙溶液的摩尔比为0.01：1条件下制得的碳酸钙无混合型产品，形貌均一。
来源：中国粉体技术网
(1) 聚乙二醇600 对碳酸钙有很好的防团聚作用，制得的产品为形貌均一的球形碳酸钙。
(2) 以聚乙二醇600 为表面活性剂的最佳反应温度为20℃，氯化钙的最佳浓度为0.4 mol·L-1。
(3) 通过正交试验选出以聚乙二醇600 为表面活性剂且聚乙二醇600 与氯化钙溶液的摩尔比为0.01：1条件下制得的碳酸钙无混合型产品，形貌均一。
来源：中国粉体技术网
